OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER. SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER OPTİK SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER

Transkript

1

2 2 Üzerine düşen ışığa bağlı olarak üstünden geçen akımı değiştiren elemanlara optik eleman denir. Optik transdüserler ışık miktarındaki değişmeleri elektriksel işaretlere dönüştürürler. Bu elemanlar genellikle küçük akımlı elemanlardır. Optik transdüserler yüksek akım çeken ve yüksek gerilim ile çalışan yükler için bir devrenin girişinde algılayıcı olarak kullanılırlar. 1-) Foto Direnç (LDR Light Dependent Resistor) Çalışma Prensibi Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise direnci artan elemana foto direnç (LDR) denir. Foto Direncin direnci, ışık ile ters orantılı bir şekilde değişim gösterir. Yandaki grafikte, LDR nin direncinin ışıkla değişim eğrisi görülmektedir. Işık, L1 gibi düşük bir seviyede iken LDR direnci R2 gibi yüksek bir değerdedir.

3 3 Işık, L2 gibi yüksek bir seviyede iken LDR direnci R1 gibi düşük bir değerdedir. Foto Direnç, Işığa Bağımlı Direnç (Light Dependent Resistor) olarak ta adlandırılır. Devrelerde LDR kısaltması ile gösterilir. Sunumun bundan sonraki bölümlerinde Foto Direnç, LDR kısaltması ile gösterilecektir. Foto Direncin Fiziksel Görünümü Foto Direncin Sembolleri Üstteki şekillerde, LDR nin fiziksel görünümü ve devre bağlantılarında kullanılan sembolleri görülmektedir. Yandaki şekilde ise LDR nin kısımları görülmektedir. Foto Direncin Kısımları

4 4 Foto dirençler, kadmiyum sülfit ve kadmiyum selenid gibi ışığa duyarlı kimyasal maddelerden oluşmuştur. Yandaki şekilde, LDR nin üzerindeki Kadmiyum Sülfit yol görülmektedir. İki metal film kontak arasına yerleştirilmiş, Kadmiyum Sülfit maddesi, uygulanan ışık ile direnç değiştirir ve direnç değeri düşer. Karanlıkta (Işık yok iken), Kadmiyum Sülfit yüksek direnç gösterir. LDR nin Devrede Gerilim Bölücü Direnç ile Kullanılması Foto Direncin Kısımları LDR, gerilim bölücü direnç ile kullanılırken iki şekilde devre bağlantısı yapılır. Birinci bağlantı şeklinde LDR şaseye yakın bağlanır. Bu bağlantı şekline Pull Down bağlantı adı verilir. İkinci bağlantı şeklinde LDR besleme gerilimine yakın bağlanır. Bu bağlantı şekline Pull Up bağlantı adı verilir. Bu bağlantı şekillerine göre, LDR ve dirençten oluşan gerilim bölücü devre, ışığa bağlı olarak çıkışlarında bir gerilim değeri üretir.

5 5 a) LDR nin Şaseye Yakın Bağlanması (Pull Down) LDR nin şaseye yakın bağlantısı sırasında, üzerine ışık uygulanırsa, LDR nin direnci düşeceği için uçlarında düşük çıkış gerilimi elde edilir. LDR üzerinde ışık yok iken, direnci yüksektir. Üzerinde düşen gerilim miktarı da yüksek olacaktır. Devre bu hali ile çıkış uçlarında LOW (Düşük) ve HIGH (Yüksek) gerilim değerleri üretir. Devrenin çıkış ucuna bir transistör, tristör veya İşlemsel Yükselteç adı verilen bir devre elemanı bağlanırsa, LDR ışığı algılayan bir sensör gibi çalışır ve çıkışa bağlanan Röle, LED, Motor v.b elemanların çalışması veya durması sağlanır.

6 6 b) LDR nin Beslemeye Yakın Bağlanması (Pull Up) LDR nin beslemeye yakın bağlantısı sırasında, üzerine ışık uygulanırsa, direnci düşeceği için devrenin çıkış uçlarında yüksek gerilim elde edilir. LDR direnci, ışık ile azalacağı için gerilim bölücü direnç üzerinde (R1) düşen gerilim değeri artacaktır. LDR üzerinde ışık yok iken, direnci yüksektir. R1 direnci üzerinde düşen gerilim miktarı da düşük olacaktır. Devre bu hali ile çıkış uçlarında HIGH (Yüksek) ve LOW (Düşük) gerilim değerleri üretir. Devrenin çıkış ucuna bir transistör, tristör veya İşlemsel Yükselteç adı verilen bir devre elemanı bağlanırsa, LDR ışığı algılayan bir sensör gibi çalışır ve çıkışa bağlanan Röle, LED, Motor v.b elemanların çalışması veya durması sağlanır.

7 7 LDR (Işığa Duyarlı) Direncin Ölçülmesi (Sağlamlık Kontrolu) 20 KΩ dirençli LDR Örnek olarak ; 20K direnç değerine sahip (Karanlık Direnci) LDR ölçeceğiz. 1.Ölçüm, Karanlık Ölçümü ; * LDR nin üzeri ışık almayacak şekilde tamamen kapatılır. * AVO metre üzerinden gerekli olan ölçüm kademesi seçilir. * Dirence el değdirilmeden ölçüm yapılır.

8 8 20 KΩ dirençli LDR 2.Ölçüm, Yarı Karanlık (Gölgedeki) Ölçümü ; * LDR nin üzeri yarı ışık alacak şekilde elle, kağıt ile veya bant ile kapatılır. * AVO metre üzerinden gerekli olan ölçüm kademesi seçilir. * Dirence el değdirilmeden ölçüm yapılır. Bu ölçümde, LDR nin yarı karanlıktaki (gölgedeki) ortalama direnç ölçülmüş olur. Bu değer yaklaşık olarak, LDR direncinin yarısı kadardır.

9 9 20 KΩ dirençli LDR 3.Ölçüm, Aydınlık Ölçümü ; * LDR nin üzeri tamamen ışık alacak şekilde açılır. Bir lamba ışığı veya güneş ışığı direk uygulanabilir. * AVO metre üzerinden gerekli olan ölçüm kademesi seçilir. * Dirence el değdirilmeden ölçüm yapılır. Bu ölçümde, LDR nin aydınlıktaki direnç değeri ölçülmüş olur. Bu değer LDR nin minimum (en düşük), direncidir. LDR, her 3 ölçümde, örnektekine benzer davranışlar gösterir ise sağlamdır.

10 LDR nin Kullanım Alanları 10 Işığa bağlı olarak kontrol edilmek istenilen tüm devrelerde kullanılabilir. Alarm devrelerinde, sayıcılarda, flaşlı fotoğraf makinelerinde park, bahçe ve sokak aydınlatmalarında kullanılır. Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi - 1 Şekildeki devrede, bir transistörle tristörün kontrol edilmesi görülmektedir. LDR üzerine ışık düştüğü zaman devre çalışır. İlk anda LDR üzerinde ışık yokken direnci yüksektir. T1 transistörünün beyz polarması negatiftir. Dolayısı ile transistör ve tristör kesimdedir. LDR üzerine ışık geldiği zaman direnci azalarak T1 transistörünü iletime sokar. İletime geçen transistör, tristörü tetikleyerek iletime sokar. Reset tuşuna basılıncaya kadar devre çalışmasına devam eder. Tristörün anoduna bir röle bağlayarak daha yüksek güçlü yükler kontrol edilebilir.

11 Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi Şekildeki devrede, diyak ve triyak kullanılarak yapılmış gece lambası görülmektedir. Bu devreler başka amaçlar için de kullanılabilir. LDR üzerine ışık düştüğü zaman direnci azalır ve diyakın ucundaki potansiyeli, ateşleme geriliminin altında tutar. Dolayısı ile diyak iletime geçmez ve triyak kesimdedir. Işık kesildiği zaman LDR direnci yükselir. Diyak uçlarındaki gerilim, diyakın ateşleme değerine ulaştığı anda diyak iletime geçer ve triyakı tetikler. İletime geçen triyak üzerinden bir akım akar ve lamba ışık verir. Işık geldiği zaman diyakın giriş ucu nötr potansiyeline yaklaşacağı için, diyakın ateşlemesi (iletimi) durur, triyakın tetiklemesi kesilir ve devrenin çalışması durdurur.

12 Foto Direnç (LDR) Uygulama Devresi Devre, karşılaştırıcı olarak çalışan işlemsel yükselteç entegresi temel alınarak kurulmuştur. LDR üzerindeki gerilim değişikliği ile 10K luk potansiyometre üzerindeki referans gerilimi karşılaştırılarak çıkış gerilimi elde edilir. 10K luk direnç ile referans gerilimi, hem pozitif hemde negatif değere ayarlanabilir. Bu durumda devre yapılan ayara göre ışık varken veya ışık yokken çalışabilecek şekilde düzenlenmiş olur. Devreyi Breadboard üzerine kurarak, uygulama devresi olarak kurabilir, çalışmasını gözlemleyebilirsiniz.

13 13 2-) Foto Diyot (Photo Diode) Normal diyotlar, doğru polarma edildiklerinde (Anota +, Katoda - uygulandığında), üzerlerindeki gerilim yaklaşık 0,7V tu geçtiği zaman iletime geçerler. Foto Diyotlar, ters gerilim altında (Anota -, Katoda + verildiğinde), üzerlerine uygulanan ışık ile iletime geçen diyotlardır. Fotodiyot, üzerine düşen ışıkla orantılı olarak gerilim üretir. Ancak bu özelliği yerine genellikle uygulamada ters polarite de beslenir ve sızıntı akımının ışıkla orantılı değişmesi özelliğinden yararlanılır. Işığın girebilmesi için katot bölgesine açılan şeffaf bir pencere bulunmaktadır. Fotodiyot, tıkama yönünde (ters yönde) devreye bağlanır. Karanlıkta tıkama yönünde 1 mikroamper civarında, küçük değerli bir akım akar. Foto Diyodun Fiziksel Görünümü Fotodiyotun katot kısmına ışık düşürülünce, tıkama yönündeki akım ışıkla orantılı olarak artar. İdeal olarak karanlıkta açık devre ve aydınlıkta kısa devre gibi kabul edilebilir. Fotodiyotların uygulama alanları fotodirençlere benzer.

14 14 Foto diyota tıkama yönünde bir gerilim uygulandığı zaman, bir fotoiletken eleman ve iletim yönünde gerilim olduğu zaman ise foto voltaik eleman özelliğindedir. Çeşitli ölçü ve kontrol düzenlerinde foto diyotun bu iki özelliğinden faydalanılmaktadır. Foto diyotun cevap zamanı, foto dirençten daha hızlıdır. Dolayısıyla, foto diyotlar ışık değişimleri hızlı olan yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır. Çeşitli Foto Diyotların Fiziksel Görünümleri Foto Diyot Sembolü Pozometrelerde, hırsız alarm sistemlerinde, tv, müzik seti vs uzaktan kumanda aletlerinde otomatik açılır kapanır kapı sistemlerinde, otomatik çalışan gece lambalarında ışık algılayıcısı olarak kullanılmaktadır.

15 Foto Diyot un Çalışması 15 Foto Diyotun iç yapısı şekilde görülmektedir. Devreye ters bağlanan foto diyot üzerine uygulanan ışık fotonları P ve N maddesi arasındaki azalma bölgesinin aşılmasını ve diyottan akım geçmesini sağlar.

16 16 Foto Diyotun fiziksel yapısındaki kısımlar şekildeki gibidir. Diyot üzerindeki cam pencereden uygulanan ışık, diyotun iletime geçmesini sağlar.

17 17 Foto Diyot un Gerilim Bölücü Direnç ile Devreye Bağlanması 1-) Foto Diyot un Besleme Gerilimine Yakın Bağlanması (Pull Up) Foto Diyot, ters gerilim altında çalıştığı için devreye şekildeki gibi ters bağlanır. Direnç, Foto Diyot u hem aşırı gerilimden korur, hem de gerilim bölücü olarak görev yapar. Foto Diyot besleme gerilimine yakın bağlandığı için aşağıda anlatıldığı gibi tepki verir. Foto Diyot üzerinde ışık varken, PN eklemine uygulanan ışık fotonları bu bölgenin aşılmasını sağlar ve Foto Diyot iletime geçer. Gerilim bölücü devrenin çıkış uçlarında maksimum gerilim okunur. Foto Diyot üzerinde ışık yok iken, yalıtımdadır. Gerilim bölücü devrenin çıkış uçlarında minimum gerilim okunur.

18 18 2-) Foto Diyot un Şaseye Yakın Bağlanması (Pull Down) Foto Diyot şase potansiyeline yakın bağlandığı için aşağıda anlatıldığı gibi tepki verir. Foto Diyot üzerinde ışık var iken iletime geçer. Üzerinde düşen gerilim değeri minimumdur. Foto Diyot üzerinde ışık yok iken, kesimdedir, yani yalıtkandır. Üzerinde düşen gerilim değeri maksimumdur. Foto Diyot ve Dirençten oluşan bu gerilim bölücü devrenin çıkış ucu, transistör ve karşılaştırıcı entegrelerine uygulanırsa, istenilen devre modelleri elde edilebilir. Örnek ölçümlerde, R1 direnci 10KΩ, +V besleme gerilimi +5V olarak seçilmiş ve ölçüm yapılmıştır. Yukarıdaki devre için ; Işık Var iken Vçıkış = 0,12V Işık Yok iken Vçıkış = 4,80V ölçülmüştür.

19 19 Foto Diyot un Sağlamlık Testi, Ölçülmesi Işık Foto Diyot bir diyot türü olduğu için AVO metre ile ölçümü sırasında Diyot kademesi kullanılır. 1-) AVO metre, Diyot kademesine alınır. 2-) Foto Diyot üzerine Işık uygulanır. 3-) Siyah Prob Katot, Kırmızı Prob Anot ucuna değdirilir. Diyot, bu durumda doğru polarma edilmiştir. Fakat Foto Diyot, ters polarma altında çalıştığı için ekranda şekildeki gibi 1 yazısı görülür. Bu çok yüksek direnç anlamındadır.

20 Işık 20 1-) AVO metre, Diyot kademesinde iken Siyah Prob Anot, Kırmızı Prob Katot ucuna değdirilir. 2-) Foto Diyot üzerine Işık uygulanır. 3-) Diyot, ters polarma altında olduğu için iletime geçer. Ekranda şekildeki gibi 065 yazısı görülür. Bu 65Ω civarında bir direnç değeridir. Örnek ölçümde, 60W lık Akkor Flemanlı bir ampül, Foto Diyot a yaklaşık 10 cm yaklaştırılarak bu değer elde edilmiştir. Işık kaynağı Foto Diyot tan uzaklaştıkça ekranda 1 yazısı görülecektir.

21 Foto Diyot Uygulama Devresi - I 21 T1 T2 Şekilde, aydınlıkta (ışık var iken) çalışan, karanlıkta (ışık yok iken) duran Foto Diyot lu devre görülmektedir. Foto Diyot, üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. T1 transistörünün beyz gerilimi sağlanmadığı için (0,7V un altında kaldığı için) yalıtkandır. Dolayısı ile ona bağlı olan T2 transistörü de yalıtkan durumdadır. Foto Diyot üzerine ışık düştüğü anda (aydınlıkta), iletime geçer. T1 transistörünün beyz gerilimi 0,7V u aştığı anda iletime geçer. T1 transistörünün iletime geçmesi ile T2 transistörü de beyz gerilimini almaya başlar ve iletime geçer. Röle enerjilenir ve kontakları çeker. Foto Diyot üzerindeki ışık kesildiği zaman, T1 ve T2 transistörleri beyz gerilimini alamadığı için yalıtıma girerler. Röle kontakları bırakır. Işık yok iken her iki transistör aynı anda yalıtıma girer. Işık var iken aynı anda iletime girerler.

22 22 Foto Diyot Uygulama Devresi - II Şekilde İşlemsel Yükselteç entegresi ile birlikte kullanılmış Foto Diyot devresi görülmektedir. İşlemsel Yükselteç (OP-AMP), devrede eviren karşılaştırıcı olarak çalışır ve LM741 entegresinin 3 nolu ve 2 nolu ayağındaki gerilimleri karşılaştırarak bir çıkış üretir. Entegrenin 3 nolu ayağına 100KΩ luk trimpot ile referans gerilimi uygulanır. Bu gerilim örnek devrede 3V olarak ayarlanmıştır. Foto Diyot üzerinde ışık var iken iletimdedir. 15KΩ luk direnç üzerinde düşen gerilim yüksektir. Dolayısı ile 2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden yüksek olur. Entegre 0V çıkış üretir. Transistör kesimdedir. Röle çekili değildir. Foto Diyot üzerine gelen ışık kesildiği zaman, 15KΩ luk direnç üzerinde düşen gerilim düşüktür. Dolayısı ile 2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden düşük olur. Entegre 12V a yakın çıkış gerilimi üretir. Transistör iletimdedir.

23 Foto Diyot Uygulama Devresi - III 23 Yandaki devre, bir önceki uygulama devresinin aynısı olmakla birlikte, 15KΩ luk direnç ile Foto Diyot un yerleri değiştirilmiştir. Foto Diyot, şaseye yakın bağlanmıştır. Devre, Işık var iken çalışacak, ışık yok iken duracak şekile dönüşmüştür. 3.Nolu ayaktaki referans gerilimi, örnek devrede 9V ayarlanmıştır. Entegre, yine Eviren Karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Foto Diyot üzerinde Işık var iken iletimdedir. Üzerinde düşen gerilim minimumdur. Entegrenin 3.nolu ayağındaki gerilim daha yüksek olduğu için entegre çıkışında 12V a yakın (besleme gerilimine yakın) gerilim elde edilir. Transistör iletimdedir. Röle kontakları çeker. Diyot üzerinde ışık yok iken yalıtkandır. Üzerinde düşen gerilim, 3.nolu ayaktaki gerilimden yüksek olur. Entegre 0V civarı çıkış üretir. Transistör kesimdedir.

24 3-) Foto Transistör (Photo Transistor) 24 Foto Transistör için Işığa Duyarlı Transistör denebilir. Çalışma prensibi normal transistöre benzese de ondan farklılıkları vardır. Foto Transistör, beyz polarma gerilimini, üzerinde bulunan mercekli bir pencereden giren ışık fotonları yardımı ile alır. Mercekli pencereden giren ışık fotonları, beyz gerilimini sağlayarak transistörün iletime geçmesini sağlar. Foto Diyot ile Foto Transistörün görünüşleri birbirine benzese de aynı değildir. Foto Diyot ve normal bir transistörü şekildeki gibi bağlayıp, Foto Transistör eşdeğeri elde edilebilir. Foto Diyot ve Transistör Eşdeğeri Foto Transistör Sembolü Foto Transistör sembolü de yandaki şekilde görülmektedir. Sembolü, beyz ucunda ışık fotonlarını gösteren ok işaretleri ile normal transistörden ayrılır.

25 25 Çeşitli Foto Transistörler Foto Transistör ün dış kılıfı, ortamdaki harici ışımalardan ve parazit sinyallerden etkilenmemesi için genellikle metal olarak imal edilir. Tepki süresi, Işığa Bağımlı Direnç (LDR) den hızlıdır ve iyidir. Foto Diyot ile karşılaştırıldığında, Foto Diyot un tepki süresinin ve hızının daha iyi olduğu görülür. Devre bağlantıları açısından Foto Diyot daha fazla basitlik ve sadelik sunduğu için, son yıllarda devrelerde Foto Transistör yerine Foto Fiyot ların daha fazla tercih edilmesine yol açmıştır. Foto Transistörün, PNP ve NPN olan tipleri mevcuttur. Darlington bağlantılı Foto Transistörlere de rastlanır. Çalışması ve AVO metre ile sağlamlık kontrolu, normal transistöre benzer. Normal transistörü bilenler, aynı yöntemleri, Foto Transistör için de uygulayabilir.

26 26 Foto Transistör, sensör olarak devreye bağlanacağı zaman, yandaki bağlantılarda görüldüğü gibi ortak emiterli (şaseye yakın) bağlantı veya ortak kollektörlü (besleme gerilimine yakın) bağlantı kullanılır. Çıkış ucu bir yükseltece, karşılaştırıcıya veya bir anahtar transistörüne bağlanabilir. Ortak Emiterli Bağlantı da Foto Transistör üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. Çıkış ucundan yüksek değerde gerilim alınır. Foto Transistör üzerine ışık geldiği zaman iletime geçer. Çıkış ucundan düşük gerilim alınır. Ortak Kollektörlü Bağlantı da (Emiter İzleyici adı da verilir), Foto Transistör üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. Çıkış gerilimi minimum değerdedir. Foto Transistör üzerine ışık geldiği zaman iletime geçer. Çıkış gerilimi maksimum değere çıkar.

27 Foto Transistör Uygulama Devresi - I 27 Şekildeki devrede, ışık yok iken (karanlıkta) çalışan, ışık geldiği zaman çalışması duran, Foto Transistörlü devre görülmektedir. Devre, NE555 entegresi temel alınarak oluşturulmuştur. Foto Diyot, üzerinde ışık yok iken yalıtımdadır. BC546 transistörünü de yalıtımda tutar. NE555 entegresinin 2.nolu girişi 1M üzerinden (+) potansiyelde tutulur. Entegre çıkışında şase potansiyeline yakın bir gerilim vardır. Röle kontakları çekilidir. Foto Diyot, üzerine ışık düştüğü zaman iletime geçer ve BC546 transistörünün beyz gerilimini sağlar ve bu transistörü de iletime sokar. BC546 nın iletime girmesi, entegrenin 2.nolu ayağını şase potansiyeline çeker ve entegre çıkışında besleme gerilimine yakın bir gerilim oluşur. Röle kontakları bırakır.

28 Foto Transistör Uygulama Devresi - II 28 Şekildeki devrede, Foto Transistör ve İşlemsel Yükselteç entegresi ile yapılmış, ışık kontrol devresi görülmektedir. İşlemsel Yükselteç, faz çeviren (eviren) karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Foto Transistör besleme kaynağına yakın bağlanmıştır. Işık yok iken, Foto Transistör yalıtımdadır. Entegrenin 3.nolu ayağında yaklaşık 6V referans gerilimi bulunmaktadır. Işık olmadığı zaman, 2.nolu uçtaki giriş gerilimi, referans geriliminden düşüktür. Entegre çıkışında besleme gerilimine yakın DC gerilim oluşur. BC556 PNP transistörü kesimdedir. Röle çekili değildir. Işık var iken, Foto Transistör iletimdedir. BC546 transistörünü de iletime geçirir. 2.nolu uçtaki gerilim, 3.nolu uçtaki gerilimden yüksek olur. Entegre çıkışında 1,5-2V civarında gerilim oluşur. BC556 iletime geçer. Röle kontakları çeker.

29 29 4-) PIR Sensör (Passive InfraRed Sensor) PIR Sensörleri, Pasif Kızılötesi Sensör (Passive InfraRed Sensor) olarak veya Enerji Değişimini Algılayan Kızılötesi Hareket Sensörü (Pyroelectric InfraRed Sensör) olarak isimlendirilirler. PIR Sensörleri, elektronik sensörlerdir. Ortama yayılan ve nesnelerden yansıyan kızılötesi ışınları algılayarak elektriksel sinyale çevirirler. Bu yüzden hareket sensörü olarak güvenlik ve hırsız ikaz sistemlerinde sık olarak kullanılırlar. PIR sensörleri, FET tabanlı elektronik sensörlerdir. Piyasada PIR Sensörü olarak sıklıkla PIR RE200B, PIR D203S, PIR D204S sensörleri bulunur. PIR D203S Sensörünün Fiziksel Görünümü PIR D203S Sensörünün Ayak Bağlantısı

30 30 PIR Sensörün Eşdeğeri PIR Sensörleri, ortamdan yansıyan kızılötesi sinyalleri daha iyi alabilmek için önlerine odaklama işleminde kullanılan Fresnel Lens adı verilen bir odaklayıcı kullanır. Bu lens, ortamdan yansıyan kızılötesi ışınları PIR sensörün penceresine odaklar. Yandaki şekilde, çift (dual) elementli PIR sensörün eşdeğer bağlantısı görülmektedir. Aşağıdaki blok diyagramda ise PIR Dedektörünün iç yapısı görülmektedir. PIR Dedektörünün Blok Şeması

31 PIR sensörünün yaydığı kızılötesi sinyalin tarama alanına giren canlılar, yansıyan sinyallerin PIR sensörü tarafından algılanması ile tespit edilirler. 31 PIR Sensörleri, Yaklaşık, 125º ile 138º lik geniş bir Açı ile tarama alanı oluşturabilirler. Bu alana giren canlılar algılanırlar.

32 PIR Sensörünün Çalışma Prensibi 32 İnsanlar, hayvanlar v.b hareket eden canlılar, hareket ettiklerinde ortamda bir sıcaklık farkı oluştururlar ve etrafa kızılötesi ışınlar yayarlar. Bu ışınlar belli mesafelere kadar güçlü bir şekilde yayılmakta ve PIR sensörü bulunan bir alanda, sensörün algılama mesafesine girenlerin yaydığı kızılötesi ışınlar Fresnel Lens sayesinde odaklanarak PIR Sensöre uygulanmaktadır. Bu ışınlar PIR Sensör tarafından tespit edilip değerlendirilmektedir. Bu değerlendirme sonucunda alınan sinyal, gerçekten bir canlının (insan, hayvan v.b) hareketi ise hareket sensörü çıkışına bağlı olan alarmı v.b sistemi çalıştırmaktadırlar.

33 33 PIR Sensörleri devre elemanı olarak alınıp, devreye bağlanabilirler. Aşağıdaki şekillerde olduğu gibi, hazır PIR dedektör devreleri alınarak gerekli bağlantılar yapılabilir. Fresnel Lens PIR Dedektörü PIR dedektör devrelerinde gerekli olan, Yükselteç ve karşılaştırıcı devreleri ve PIR Sensörü doğrudan devre üzerine monte edilmişlerdir. Sadece çıkış uçlarına röle, tristör, triyak, optik bağlayıcı v.b çıkış elemanlarının bağlanması kalmıştır.

34 34 PIR Sensörü ve Devresi Birlikte Hazır Olarak Bulunabilen PIR Dedektörü ve Ayak Bağlantıları

35 35 PIR Sensörün Önüne Takılan Fresnel Lens in Dış Bükey Görünümü

36 36 PIR Sensörün Önüne Takılan Fresnel Lens in İç Bükey Görünümü

37 PIR Sensör Uygulama Devresi - I Şekilde, PIR sensör kullanılarak yapılmış PIR Dedektör devresinin çıkışına bağlanmış Röle Sürücü devresi görülmektedir. PIR Dedektör, hareket algıladığı zaman sayısal bir çıkış üretir. Bu sayısal çıkışın lojik-1 bilgisi D1 diyotu ile T1 transistörünün beyz uzuna uygulanmıştır. Transistör iletime geçer ve röle çeker. PIR Dedektör çıkışında sinyal yok iken transistör yalıtımdadır. Röle kontakları çekili değildir.

38 PIR Sensör Uygulama Devresi - II 38 Devreyi Proje Olarak yapınız. Çalışmasını Tartışınız.

39 39 5-) Işık Yayan Diyot (LED Light Emitting Diode) LED, Işık Yayan Diyot (Light Emitting Diode) kelimesinin kısaltmasıdır. Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışık yayan diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotlardır. LED ler, normal diyotlar gibi Anot (+) ve Katot (-) uçlarına sahiptirler. Normal diyotlar, yaklaşık 0,7V eşik gerilimi aşıldığı zaman iletime geçerler. LED ler kullanılan katkı maddelerin özelliklerine göre farklı gerilim değerlerinde iletime geçerler ve LED Sembolü iletime geçme anlarında ortama çeşitli renkte ışık yayarlar. LED lerin fiziksel görünümleri, normal diyotlardan farklıdır. Hem AC gerilimde hem de DC gerilimde çalışıp, ışık yayabilirler. DC Gerilimde (+) ve (-) gerilim yönleri Anot ve Katot a doğru bağlanmalıdır. AC gerilimde her iki yönde de çalışabilirler.

40 LED in Çalışması DC Gerilim Kaynağı 40

41 41 LED, doğru yönde DC gerilim uygulandığında (Anot una (+), Katot una (-) gerilim uygulandığında), P maddesi içerisindeki pozitif yüklü oyuklar (hole) ve N maddesi içerisindeki negatif yüklü elektronlar (electron), birleşim yüzeyine doğru itilirler. Birleşim yüzeyindeki gerilim engeli aşıldığında, LED iletime geçer, oyuk ve elektronlar birleşir, ortaya ışık fotonları çıkar. LED in dış yapısı bu fotonları ışık olarak ortama yayar. LED, ters yönde DC gerilim uygulandığında iletime geçmez. Yalıtkandır. Dolayısı ile ışık vermez. Normal diyotun çalışmasına benzer bir çalışma mantığı vardır. Sadece iletim anında ışık yayar.

42 LED in Yapısı 42

43 43 LED in Yapısını Oluşturan Maddeler, LED Renkleri ve Çalışma Gerilimleri LED, yapımında kullanılan yarıiletken maddelerin türlerine ve birleşimlerine göre çeşitli renklerde ışık yayarlar. Kullanılan yarıiletken maddeye göre LED lerin yaydığı ışık ve dalga boyu yandaki tabloda görülmektedir. LED ler kullanılan maddelerin özelliklerine göre farklı ve çeşitli gerilim değerlerinde çalışırlar.

44 44 LED lerin Renklerine Göre Çalışma Gerilimleri Eğrisi

45 45 Yandaki tabloda, çeşitli renklerde ışık yayan diyotların çalıştığı gerilim aralıkları görülmektedir. Bu gerilimler, LED ler için minimum ve maksimum gerilim değerlerini gösterse de pratikte genellikle LED diyotlar için ortalama bir gerilim ve akım değeri kullanılır. Pratikte LED için ortalama değerler ; LED Gerilimi (VLED) = 2V LED Akımı (ILED) = 20mA olarak kullanılmaktadır. LED Renkleri ve Çalıştıkları Gerilim Aralıkları LED, tabloda belirtilen maksimum çalışma geriliminin üstünde bir gerilim altında çalışmaya zorlanırsa bozulur. Bu yüzden LED, yüksek gerilimlerde ön direnç ile birlikte kullanılır.

46 46 LED in Ön direnç ile Çalıştırılması ve Ön direnç Hesabı LED ler maksimum çalışma gerilimlerinin üzerinde bir gerilimde çalıştırılmak istediklerinde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bir ön direnç (Rs) ile kullanılırlar. Bu ön direnç ile istenilen gerilim değerlerinde sorunsuzca çalışırlar. ILED Devredeki ; Vi = Giriş gerilimi (Volt) VLED = LED gerilimi (Volt) (Pratikte 2V alınacak) ILED = LED akımı (ma) (Pratikte 20mA alınacak) Rs = Seri bağlanan ön direnç (Ohm) VLED Rs öndirenci, yandaki basit formülle hesaplanabilir. Örnek ; LED, 12V DC gerilimde çalıştırılmak isteniyor. Ön direnci hesaplayınız?

47 47 LED in Anot ve Katot Ayaklarının Bulunması LED in dış görünüşüne (fiziksel görünüşüne) bakarak, Anot ve Katot uçları yandaki şekilde görüldüğü gibi bulunabilir. 1-) LED ilk kez kullanılacak ise ayaklarından birisi uzun, diğeri daha kısadır. Uzun ayak ANOT, kısa ayak KATOT tur. 2-) LED, kullanılmış, ayakları kesilmiş ve her ikisi aynı boya gelmiş olabilir. Bu durumda LED, ışığa tutularak içindeki büyük terminal tespit edilir. Büyük terminal ve buna bağlı olan uç katot tur. 3-) LED ışığa tutulduğu halde içindeki terminaller görünemiyor ise yan tarafındaki DÜZ kısım tespit edilir. Bu DÜZ kısmın bulunduğu uç, katot tur. Tüm bunlara rağmen uçlar bulunamıyor ise LED, AVO metre ile ölçülür.

48 LED in Ölçülmesi, Sağlamlık Kontrolü LED Işık Vermez 48 LED te bir diyot türü olduğu için AVO metre ile ölçümü sırasında Diyot kademesi kullanılır. 1-) AVO metre, Diyot kademesine alınır. 2-) Siyah Prob Anot, Kırmızı Prob Katot ucuna değdirilir. Diyot, bu durumda ters polarma edilmiştir. 3-) Ekranda şekildeki gibi 1 yazısı görülür. Bu çok yüksek direnç anlamındadır.

49 49 LED Işık Verir LED, bu kez doğru polarma altında ölçülür. 1-) AVO metre, Diyot kademesinde iken Siyah Prob Katot, Kırmızı Prob Anot ucuna değdirilir. Diyot, bu durumda doğru polarma edilmiştir. 2-) LED diyotta çok az da olsa bir ışık belirir. 3-) LED in çalışma gerilimi ortalama 2V civarında olduğu için ekranda şekildeki gibi 1 yazısı görülür. LED, doğru polarmada ışık verdiği için sağlamdır.

50 LED Çeşitleri 50 LED ler kullanım amaçlarına göre çeşitli şekillerde üretilmişlerdir. Bunlar ; 1-) Tek Renkli LED (Normal LED) 2-) Çok Renkli LED (Multicolor LED) 3-) Kırmızı, Yeşil, Mavi LED (RGB LED) 4-) Güç LED i (Power LED) Çok Renkli LED (Multicolor LED) İki veya daha fazla uca sahip LED çeşididir. Aynı yapı içerisine konulmuştur. İki veya daha fazla ayağa sahip olabilir. Ayaklara farklı gerilimler vererek değişik renklerde ışık vermesi sağlanır. Yandaki şekilde, 2 renkli, 2 ayaklı LED in yapısı görülmektedir. Fiziksel görünüşü normal LED ile aynıdır. A ucuna (+), B ucuna (-) verilirse LED, yeşil ışık verir. A ucuna (-), B ucuna (+) verilirse LED, kırmızı ışık verir.

51 51 Yandaki şekilde, 3 renkli, 3 ayaklı LED in yapısı görülmektedir.. A1 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse LED, kırmızı ışık verir. A2 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse LED, yeşil ışık verir. Aynı anda A1 ve A2 ucuna (+), K ucuna (-) verilirse LED, sarı ışık verir. 3 Renkli, 3 ayaklı LED in fiziksel görünümü ve ayak bağlantısı yandaki şekilde görülmektedir. Tek olarak kırmızı veya yeşil LED ayrı ayrı yakılabildiği gibi her iki renk aynı anda yakılırsa sarıya yakın bir renkte ışık verir. ON / OFF (Açma / Kapama) devrelerinde devrenin açık veya kapalı olduğunu renklerle belli etmek için kullanılır.

52 Kırmızı, Yeşil, Mavi LED (RGB LED) 52 6 Ayaklı Kırmızı, Yeşil, Mavi LED RGB LED ler, reklam panolarında ve LED lerden oluşturulmuş DEV ekranlarda kullanılan LED lerdir. Yukarıdaki 6 ayaklı RGB LED, ilk üretilen RGB LED lerdendir. Günümüzde RGB LED teknolojisi geliştirilmiş ve TV, Projeksiyon ekranı gibi kullanılabilir olmuştur.

53 53 Yeni jenerasyon RGB LED ler yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi 4 uçludur. Hem ortak katot lu olarak, hem de ortak anot lu olarak üretilmektedir. RGB uçlarına uygulanan gerilimler ile Kırmızı, Yeşil ve Mavi tonların yanı sıra beyaz ışık ta üretmektedirler.

54 54 RGB LED lerden oluşturulmuş LED ekran.

55 55 RGB LED lere uygulanan farklı gerilim değerleri ile (farklı dirençler seçerek) farklı tonlarda kırmızı, yeşil ve mavi renk aynı LED kılıfından yakılabilmektedir. Yukarıda, RGB LED ler için test devresi görülmektedir.

56 Güç LED leri (Power LED) 56 Son yıllarda LED teknolojisinin gelişmesi, bu elemanların araba farı, ev ve sokak aydınlatması v.b yerlerde de kullanılmasına imkan vermiştir. Normal LED ler miliwatt (mw) civarında güç harcarken, Güç LED leri Watt seviyesinde güç harcamaktadır. Çeşitli Güç LED lerinin Fiziksel Görünümü Güç LED leri fazla güç harcadıkları için ortaya ısı çıkmaktadır. Bu yüzden Güç LED lerinin alt kısmı (katot) ısıyı yaymak için alüminyum dan yapılmıştır.

57 57

58 LED Uygulama Devreleri - I 58 Şekilde, 220V AC gerilim düşürülerek, 9 adet parlak LED in yakıldığı devre şeması görülmektedir. 220V AC gerilim, trafo kullanmadan direnç ve kondansatör yardımı ile düşürülerek 9 adet parlak LED i yakar. Her LED üzerinde ortalama 2V düştüğü kabul edilerek, devreye 18V zener diyot bağlanmıştır. LED ler plaket veya breadboard üzerine şekildeki gibi yerleştirilerek, düşük güçlü aydınlatma sistemleri elde edilebilir.

59 LED Uygulama Devreleri - II 59 Şekildeki devrede, şebeke gerilimi var iken prizden çalışan, gerilim kesilince akü den çalışmaya devam eden acil aydınlatma sisteminin (ışıldak) devre şeması görülmektedir. Akü, şebeke gerilimi var iken aynı zamanda şarj olmaktadır.

60 LED Uygulama Devreleri - III 60 Şekilde, bir su deposundaki su seviyesini LED diyotlar ile gösteren basit bir devre görülmektedir. Devre, ULN2004 güç sürücü entegresi temel alınarak oluşturulmuştur. Depo dolu iken bütün LED ler yanmaktadır. Su seviyesi düşmeye başlayınca, suyun dışında kalan proba bağlı LED ler söner. Suyun azaldığı LED ler ile gözlenir.

61 61 6-) Kızılötesi Işık Yayan Diyot (Infrared Diode) Kızılötesi LED ler (Infrared) doğru yönde DC gerilim altında, insan gözünün göremediği frekans bandında kızılötesi ışık yayan diyodlardır. İnsan gözünün göremeyeceği şekilde kızıl ötesi ışık yayarlar. Kızılötesi LED in Fiziksel Görünümü PN maddelerinin birlesmesiyle elde edilen kızılötesi LED lere dogru polarma uygulandığında, foton adı verilen birbirinden ayrı paketler halinde görünmeyen ışık enerjisi yayarlar. Kızılötesi diyotlar devreye normal LED diyot gibi bağlanırlar ve genelde foto transistörlerle birlikte kullanılırlar. Çeşitli uzaktan kumanda devrelerinde ve kızılötesi alıcı verici devrelerinde kullanılırlar. Görünmez ışık engellerinden oluşan güvenlik sistemlerinde, çizgi izleyen, sumo v.b robot uygulamalarında sık olarak kullanılmaktadır

62 62 Kızılötesi Işık Engeli Blok Şeması Kızılötesi diyotlarla yapılan ışık engeli Kızılötesi LED ler, karşıdan görmeli veya yansımalı ışık engellerinde sık olarak kullanılırlar. Birbirini gören IR Verici ve Alıcı LED lerin arasına bir engel girip, kızılötesi ışığı kestiği an, bir alarm, güvenlik sistemi v.b bir devre çalıştırılabilir. Yandaki şekilde, karşıdan görmeli bir kızılötesi sistemdeki LED lerin yerleştirilmesi görülmektedir.

63 63 Kızılötesi ışığın bir engelle karşılaşmadan yoluna devam etmesi. Kızılötesi ışığın bir engelden yansıyıp Alıcı LED e ulaşması. Yukarıdaki şekillerde, kızılötesi yansımalı ışık engelinde LED lerin yerleştirilmesi görülmektedir. Verici ve Alıcı LED, birbirlerini etkilemesinler diye araya ayırıcı bir engel konulmuştur. Verici LED, kızılötesi ışık yaymaya başladığında, karşısında bu ışığı yansıtacak bir engel yok ise sinyal geri dönmez. Giden sinyalin önüne bir engel çıktığı zaman, sinyal bu engelden yansıyarak, Alıcı LED e ulaşır. Yaklaşım sensörü gibi çalışmış olur. Robotlarda çizgi izlemede, engel tanımada kullanılır.

64 Kızılötesi Alıcı Sensörleri 64 Kızılötesi verici LED lerin yaydıkları gözle görülemeyen kızılötesi sinyalleri algılayıp, çıkışında elektriksel sinyale çeviren, 3 uçlu, devrelerden oluşan, yarıiletken alıcı sensörleridir. PCM (Pulse Coded Modulation Darbe Kodlu Modülasyon) tekniği kullanan TV, Müzik Seti v.b cihazların alıcı kısımlarında, sumo robot, çizgi izleyen robot gibi devrelerde engel tanıma, çizgi izleme gibi yerlerde, endüstriyel kontrol devrelerinde kullanılır. Kızılötesi Alıcı Sensörleri Genellikle TSOP17xx / TSOP18xx Harfleri ile İsimlendirilirler.

65 65 Kızılötesi alıcı sensörleri, farklı isimlere sahip tipleri olsa da TSOP17xx ve TSOP18xx gibi isimlerle anılırlar. Ayak bağlantıları genellikle birbirinin aynısı yada tersidir. Besleme, Çıkış ve Şase olmak üzere, 3 ayağa sahiptirler. TSOP serisi sensörlerde, 17 ve 18 rakamlarından sonra gelen xx sayıları, sensörün çalışma frekansını belirtir. Örneğin ; TSOP1738 : 38 KHz frekansında çalışan sensördür. TSOP1840 : 40 KHz frekansında çalışan sensördür.

66 66 TSOP17xx Serisi Kızılötesi Alıcı Sensörlerinin İsimleri ve Frekans Değerleri TSOP18xx Serisi Kızılötesi Alıcı Sensörlerinin İsimleri ve Frekans Değerleri TSOP17xx ve TSOP18xx serisi sensörlerin isimleri ve isimlerinin son iki rakamında frekans değerini temsil eden tablolar şekillerde görülmektedir. Hangi PCM değerinde taşıyıcı frekans yayılacak ise o frekansa ait sensör tercih edilmelidir. Ayak bağlantıları ve iç yapıları tamamen aynıdır. Frekansları farklıdır.

67 67 TSOP Serisi Sensörlerin İç Yapısı TSOP serisi kızılötesi alıcı sensörlerinin iç yapısı, şekilde blok şema olarak gösterilmiştir. Sensörler için tüm devreler ve iç yapıları aynı olmakla birlikte Band Geçiren Filtre devrelerinin frekansları tablolarda görüldüğü gibi birbirinden farklıdır. Demodülatör devresinde, vericiden gönderilen PCM ile kodlanmış sinyallerin kodu çözülür ve data (bilgi) sinyali ayrıştırılır. Çıkış transistörü bir röleyi direk olarak sürebilecek çıkış akımı üretir.

68 68 TSOP Sensörler, +5V besleme gerilimi ile çalışırlar ve TTL seviyesinde çıkış üretirler. Dolayısı ile daha yüksek gerilimlerde çalıştırılacakları zaman +5V regüle devresi ile kullanılırlar. Kızılötesi Alıcı Sensörlerin Özellikleri 1-) Kızılötesi PIN Diyot ve Ön Yükselteç, bir yapının (kılıfın) içindedir. 2-) PCM (Darbe Kodlu Modülasyon) frekansları için dahili filtreleri vardır. 3-) Elektrik alanlarının meydana getirdiği parazit etkilere karşı korumalıdır. 4-) TTL ve CMOS entegreler ile uyumludur. TTL seviyesinde çıkış verir. (+5V) 5-) Kızılötesi sinyali algıladığında çıkış ucunda lojik-0 değeri üretir. 6-) Düşük güç harcamasına sahiptirler. 7-) Ortam ışığına karşı hassas değildirler, pek fazla etkilenmezler. 8-) Sürekli data transferine izin verirler. (1200 bit/s) 9-) Mikroişlemci ve mikro denetleyici devreleri ile uyumlu çalışırlar.

69 Infrared Diyot Uygulama Devreleri - I 69 Şekilde, TSOP1738 Kızılötesi alıcı sensörü ile yapılmış, uzaktan kumanda test devresi görülmektedir. TSOP sensör, 5V ile çalıştığı için 12V besleme gerilimi, LM7805 regülesi ile +5V a düşürülür. Uzaktan kumanda cihazları, ister TV, ister müzik seti v.b olsun, PCM (Darbe Kodlu Modülasyon) tekniği ile sinyal yayar. TSOP1738, PCM sinyallerinin kodlarını çözebilir. Dolayısı ile uzaktan kumanda cihazlarının üzerindeki tüm tuşların çalışıp çalışmadığı bu devre ile test edilebilir. Uzaktan kumanda cihazı, devreye tutulup basıldığında, TSOP sensör, bu sinyali algılar ve çıkışında Lojik-0 bilgisi üretir. BC556 transistörü iletime geçer ve LED yanar. Sürekli basılırsa, LED sürekli yanıp, söner.

70 Infrared Diyot Uygulama Devreleri - II 70 Şekilde, CMOS CD4047 multivibratör entegresi ve Kızılötesi (IR) verici diyotları kullanılarak yapılmış verici devresi görülmektedir. Devre, kızılötesi alıcı sensörünün veya foto diyotun bulunduğu alıcı devrelerinde verici olarak kullanılabilir. Kızılötesi verici diyotları (IR LED), sinyalin açısını ve etki mesafesini arttırmak için seri bağlanmıştır. C1 ve VR1 elemanları, entegrenin hangi frekansta sinyal yayacağını belirlemek için kullanılırlar. S1 butonuna basıldığı anda, entegrenin 5.nolu astable ucuna +12V gerilim uygulanır. Entegre sinyal üretir. Entegrenin 10.nolu Q ucundan alınan çıkış sinyali, BD139 transistörü ve IR diyotları ile yayılır.

71 Infrared Diyot Uygulama Devreleri - III 71 Şekildeki devreyi, lamba, vantilatör v.b ev cihazlarına bağlayarak, herhangi bir uzaktan kumanda cihazı ile uzaktan açıp, kapatmak için kullanabilirsiniz. Alıcı olarak, TSOP1738 sensörü kullanılmıştır. Uzaktan kumanda cihazına basıldığı anda, TSOP1738 sensörü, lojik-0 çıkış üretir. T1 transistörü iletime geçer. CD4017 entegresinin clock (saat) girişine transistör üzerinden lojik-1 bilgisi uygulanır. Entegrenin 2.nolu ayağı lojik-1 çıkışı verir. T2 transistörü iletime geçer, röle çeker. Röleye bağlı cihaz çalışmaya başlar. Uzaktan kumandaya bir daha basıldığı zaman, entegrenin çıkışları yer değiştirir. T2 transistörü yalıtıma girer. Röle çalışırken, Yeşil LED, çalışmaz iken Kırmızı LED ışık verir.

72 Infrared Diyot Uygulama Devreleri - IV 72 Şekilde TSOP1738 Kızılötesi alıcı sensörü ve CD4027 JK Flip flopu ile yapılmış, uzaktan kumandalı röle kontrol devresi görülmektedir. Uzaktan kumanda cihazından gelen kızılötesi sinyaller, TSOP sensör çıkışında Lojik-0 değeri üretir. BC556 transistörü iletime geçer. CD4027 nin 3.nolu clock (saat) girişine bir darbe uygular. Entegrenin Q çıkışı (1.nolu uç) lojik-1 olur. Transistör iletime geçmez. U.K cihazına bir daha basıldığında entegrenin Q çıkışı lojik-0 olur. Transistör iletime geçer. Röle çeker.

73 Kızılötesi Diyotun Sağlamlık Testi 73 Kızılötesi diyotun sağlamlık kontrolünü normal bir diyotun sağlamlık kontrolü gibi yapılabilir. Kızılötesi LED lerin yaydığı ışık, kızılötesi ışık olduğu için kameralar ya da cep telefonu kameraları bu ışığı görürler. Sağlamlık testinde bu elemanlardan da faydalanılabilir. 7-) Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili) Güneş pilleri, üzerine düşen ışığı direkt olarak elektriğe çeviren aygıtlardır. Yarı iletken diyot olarak çalışan güneş pilinde, ışığın elektriğe dönüşmesi foto voltaik etki ile olmaktadır. Foto voltaik etki, bir malzemenin ışığa maruz kalmasıyla bazı elektronların daha yüksek seviyeli yörüngelere yerleşmesi ve bunun sonucunda da bir gerilim meydana gelmesidir.

74 Foto Pil in Çalışması 74 Güneş ışığından gelen ışık fotonları ile P ve N maddesindeki elektronlar ve oyuklar P-N birleşim yüzeyine doğru hareket ederler. Foto pillerde yarı iletken madde olarak, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddeler kullanılır. P-N bölgesinde yığılan elektron ve oyuklar, ışık fotonlarının etkisi ile birbirleri ile birleşmeye başlarlar. Birleşen elektron ve oyuklar, enerji seviyelerindeki farklardan dolayı, güneş pili uçlarında DC gerilim meydana getirirler. Bu DC gerilim iletken teller ile yük olarak kullanılan cihazlara gönderilir.

75 75 Güneş pillerinin çıkışından yüksek gerilim istenirse birden fazlası seri olarak bağlanırlar. Güneş pillerinin çıkışından yüksek akım istenirse birden fazlası paralel olarak bağlanırlar. Güneş Pilinin (Panelinin) Yapısı

76 76 Güneş Pilleri Kullanılarak Elektrik Üretim Sisteminin Yapısı

77 Foto Pil in Kullanım Alanları 77 Güneş enerjisi ile elektrik üretim sistemlerinde kullanılmaktadır. Temiz ve yenilenebilir enerji üretebiliyor olması, güneş pillerinin tüm dünyadaki popülaritesini arttırmıştır. Dünyanın bir çok ülkesinde Güneş Enerjisinden yararlanmak için Güneş Pilleri Kullanılıyor.

78 Foto Pil in Sağlamlık Testi 78 Güneş pillerinin sağlamlık kontrolü AVO metre ile yapılır. Güneş pilinin çıkışlarına bağlanan AVO metre DC gerilim kademesine getirildiğinde, aydınlık ortamda küçükte olsa bir gerilim değeri okunması gerekir. Aksi durumda güneş pili arızalıdır. 8-) Optik Bağlayıcılar (Opto Coupler, Opto Isolator) İki elektronik devre arasında herhangi bir elektriksel bağlantı olmadan optik ışınlarla devreler arasında iletişim kuran, sinyal aktarımı sağlayan devre elemanlarına Optik Bağlayıcılar adı verilmektedir. İki devreyi elektriksel olarak birbirinden yalıttığı için Optik Yalıtıcı (Opto Isolator) adı da verilmektedir. Optik Bağlayıcılar, tümleştirilmiş (entegre) bir yapı içerisine konulmuş bir verici elemandan ve bir alıcı elemandan oluşmaktadırlar. Yapı itibarı ile optik bağlayıcılar ; 1-) Kapalı tip optik bağlayıcı (Opto Coupler) 2-) Yarıklı tip optik bağlayıcı (Opto Interrupter) 3-) Yansımalı tip optik bağlayıcı (Reflective Opto Coupler) olarak çeşitlere ayrılmışlardır.

79 79 1-) Kapalı Tip Optik Bağlayıcılar (Opto Coupler) Blok Gösterim Kapalı Tip Optik Bağlayıcının Fiziksel Görünümü Tamamen kapalı, dış ortamdan yalıtılmış bir yapı, bir kılıf içerisine konulmuş optik elemanlardır. İki farklı devreyi birbirinden elektriksel olarak yalıtmak, izole etmek için kullanılırlar. İki devre arasındaki bağlantı sadece optik ışın ile sağlanır. Kapalı tip optik bağlayıcıların tümünde sinyal vericisi olarak optik ışın yayan diyot kullanılır. Alıcı kısmında, transistör (4N25 v.b), darlington transistör (TIL119 v.b), triyak (MOC3010 v.b) ve tristör (SCS11C3 v.b) kullanılan tipleri vardır. Dış görünüşleri genellikle altı ayaklıdır.

80 80 Farklı İç Yapılara Sahip Kapalı Tip Optik Bağlayıcıların Ayak Bağlantıları Kapalı tip optik bağlayıcılar ; televizyonlarda, programlanabilir mantık kontrol edicilerde (PLC), bilgisayarlarda, dijital elektronikte, endüstriyel elektronikte, alarm devrelerinde v.b kullanılırlar. 2-) Yarıklı Tip Optik Bağlayıcılar (Opto Interrupter) Bu tip optik bağlayıcılar, optik ışını dış ortamdan gönderecek şekilde bir yarığa sahiptirler. Bu yarığa hareketli bir disk veya bir ışık engelleyici bir parça girdiği zaman, sinyalin iletilmesi veya engellenmesi sağlanır. İçerisinde bir verici LED, bir de alıcı transistör vardır. İki eleman arasındaki optik ışın alış verişi aradaki yarıktan gerçekleştirilir.

81 81 Blok Gösterim Sayıcı devrelerinde, bilgisayar farelerinde (mouse), alarm devrelerinde, v.b yerlerde kullanılır. Yarıklı Tip Optik Bağlayıcının Fiziksel Görünümü Yarıklı tip optik bağlayıcının yarık kısmında genellikle dairesel bir çark kullanılır. Bu çark üzerinde optik ışığı geçirecek ve yansıtacak çizgiler yer almaktadır. Optik bağlayıcının içinde dönen çarkın şeffaf olan kısımlarında sinyal diğer kısma ulaşır. Encoder (kodlayıcı) ve sayıcılarda sık kullanılır.

82 82 Yarıklı Tip Optik Bağlayıcının Görünümü ve Ayak Bağlantısı Yarıklı tip optik bağlayıcıda ayaklar şu şekilde bulunur. Optik bağlayıcının üzerinde yarığın solunda E, sağında D harfi yazan kısımlar vardır. Optik bağlayıcı, bu harfler düzgün okunacak şekilde tutulur. E harfinin olduğu kısım verici diyotu, D harfinin olduğu kısım alıcı transistörü gösterir.

83 83 3-) Yansımalı Tip Optik Bağlayıcılar (Reflective Opto Coupler) Blok Gösterim Yansımalı Tip Optik Bağlayıcının Fiziksel Görünümü Yansımalı tip optik bağlayıcılardaki verici diyot ve alıcı transistör, diğer optik bağlayıcılarda olduğu gibi birbirini direk olarak görmez. Birbirlerine paralel veya açılı olarak yerleştirilmişlerdir. Bu tip optik bağlayıcılarda, verici diyotun gönderdiği sinyal, bir yüzeyden yansıyarak alıcı transistöre ulaşır.

84 84 Yansımalı Tip Optik Bağlayıcının İç Yapısı Yansımalı optik bağlayıcılar, genellikle yaklaşma ile çalışan kapılarda, otomatik el kurutma ve hava üfleme cihazlarında, el ile yaklaşınca otomatik olarak çalışan çeşmelerde, yaklaşma alarmlarında v.b yerlerde kullanılırlar. Çeşitli tiplerde olanları vardır. Yansıma ile gelen sinyalin bir kısmı zayıflayacağı için yansıma mesafesi kısa tutulmalıdır. Uzun mesafeden yansıma yapılacak ise optik bağlayıcı çıkışına, gelen sinyali kuvvetlendiren devreler bağlanmalıdır. Optik bağlayıcıların sağlamlık kontrolleri, içerisindeki kızılötesi verici diyot (infrared) ve foto transistör için ayrı ayrı yapılır. Verici diyot normal diyot veya LED gibi ölçülür. Transistörün ise C-E uçları arası normal transistör gibi ölçülür.

85 85 Çeşitli Yansımalı Tip Optik Bağlayıcıların Görünümü ve Ayak Bağlantıları

86 Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - I 86 Şekilde, içinde diyak bulunan MOC3020 sensörü ile yapılmış, telefon çalma ikaz devresi görülmektedir. Devre, işitme engelliler için çalan telefonu, lambayı yakıp söndürerek ikaz eder. MOC3020, kapalı tip optik kuplördür. Devre, AC telefon hattını DC gerilime çeviren devre ile çıkış lambasını yakan triyak devresinin Optik Bağlayıcı (Optik Kuplör) üzerinden bağlanması ile telefon hattını ve şebeke gerilimi hattını birbirinden elektriksel olarak yalıtır.

87 Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - II 87 Şekildeki devre, kare dalga osilatörü ile onlu sayıcı devresinin saat (clock) sinyalini, elektriksel olarak değil, optik olarak sağlayan bir devredir. NE555 entegresinin ürettiği kare dalga sinyalleri, optik bağlayıcı ile CD4017 entegresinin girişine uygulanır. Sayıcı entegre, optik kuplörden gelen her pals ile birer birer sayım yapmaya başlar. 4N25 kapalı tip optik kuplördür.

88 88 Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - III Şekildeki devrede yarıklı tip optik kuplör kullanılarak yapılmış devre görülmektedir. LM311 entegresi, gerilim karşılaştırıcısıdır. Optik kuplörden 3.nolu ayağına gelen sinyal ile 10K ayarlı direncinden 2.nolu ayağına gelen referans gerilimini karşılaştırır. Devre TTL seviyesinde çıkış sinyali üretir. Devrenin çıkış ucuna TTL veya CMOS bir sayıcı bağlanır ise optik kuplörün yarığından geçen motor çarkının devir sayısı sayılabilir.

89 89 Optik Bağlayıcı Uygulama Devreleri - IV Şekildeki devrede yansımalı tip optik kuplör kullanılmıştır. Devre, çizgi izleyen robot gibi devrelerde çizgiyi optik olarak izleyebildiği gibi elini altına tuttuğumuzda çalışan sensörlü çeşmeler, sıcak hava üfleyen el kurutucuları v.b uygulamalarda kullanılabilir. Sensörün vericisinden gönderilen sinyal, bir engele çarpıp alıcıya ulaştığında devre, TTL seviyesinde (5V), kare dalga çıkış sinyali üretir. Bu sinyal, devre çıkışına bağlanacak motor devreleri, röle devreleri gibi benzeri devreler ile kullanılabilir.

90 SUNUM SONU